CA1281372C - Procede de protection contre la foudre, moyens pour la mise en oeuvre de ce procede et materiel de protection contre la foudre - Google Patents
Procede de protection contre la foudre, moyens pour la mise en oeuvre de ce procede et materiel de protection contre la foudreInfo
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- CA1281372C CA1281372C CA000523756A CA523756A CA1281372C CA 1281372 C CA1281372 C CA 1281372C CA 000523756 A CA000523756 A CA 000523756A CA 523756 A CA523756 A CA 523756A CA 1281372 C CA1281372 C CA 1281372C
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract
Procédé et dispositif électronique de protection contre la foudre. Dans le procédé on prévoit un condensateur dont un circuit de décharge est adapté à alimenter un matériel de protection contre la foudre, le condensateur étant relié à un organe de prise de potentiel adapté à capter une première tension Uc. On charge le condensateur avec ladite première tension Uc captée par l'organe de prise de potentiels, la tension captée Uc demeurant dans une plage de tensions relativement basses dite plage inférieure Ub. On surveille un gradient dv/dt de la tension captée Uc par rapport au temps, et on suit l'évolution du gradient dv/dt et dès que ce gradient dv/dt s'élève au delà d'un seuil prédéterminé et se situe dans une plage de tensions supérieure Uh, on commande la décharge du circuit de décharge pour alimenter le matériel de protection contre la foudre. Et un matériel de protection contre la foudre, comme par exemple un paratonnerre.
Description
_ 1 ~.X81.37~ `
L'inven~ion se rapporte ~ un procédé de proceation con~re la foudre.
Elle se rapporte également aux moyens pour la mise en oeuvre de ce procédé et aux matériels de protection contre la S foudre pourvus de ces moyens, tels des installatlons qul, par temps d~orage, assurent un délestage préventlf d'installations importantes et bien entendu, elle se rapporte plus part~culière-ment mais non exclusivement, aux paratonnerres.
Si par beau temps, le champ électrique au sol est de l~ordre d~une centaine de volts par mètre, à l'approche d'un nuage orageux ce champ sub$t une phase de modification : il est généralement inversé, puis augmente dans des proportions énormes.
A ce moment là, pour un sol plat, le champ peut atteindre plus de dix mille volts par mètre, la différence de potentiel entre la base du nuage et le sol étant alors de plusieurs dizaines de millions de volts.
Malgré cette énorme différence de potentiel, et le début de l'ionisation de l'air qui résulte de place en place, de la libération de charges électriques, la décharge principale ne peut tou~ours pas se déclencher spontanément à travers l'immense couche d'air qui forme encore un bon isolant ; il n'y a alors pas encore de menace réelle de chute de la foudre.
La décharge principale correspondant à la chute de la foudre ne pourra s'amorcer tant que le champ atmosphérique ne subira pas une nouvelle phase de modification dans laquelle il subira une brutale augmentation qui le rendra apte à amorcer l'effet dit "corona" c'est-à-dire former des décharges de faible intensité, dites "traceurs" ou "précurseurs" aptes à créer entre le nuage et le sol un canal conducteur formé d'air partiellement ionisé.
Il est par ailleurs connu que la moindre aspérité sur le sol agit comme un concentrateur de champ qui, selon sa forme plus ou moins allongée vers le haut, peut multiplier la valeur du champ plusieurs centalnes de fois et anticiper autour d'elle l'émission de charges électriques.
C'est ainsi qu'un champ ambiant de l'ordre de dix mille volts par mètre peut déjà, du fait de cette concentration, dite "effet de pointe", être porté, autour de l'aspérité, ~ une valeur ,J~
L'inven~ion se rapporte ~ un procédé de proceation con~re la foudre.
Elle se rapporte également aux moyens pour la mise en oeuvre de ce procédé et aux matériels de protection contre la S foudre pourvus de ces moyens, tels des installatlons qul, par temps d~orage, assurent un délestage préventlf d'installations importantes et bien entendu, elle se rapporte plus part~culière-ment mais non exclusivement, aux paratonnerres.
Si par beau temps, le champ électrique au sol est de l~ordre d~une centaine de volts par mètre, à l'approche d'un nuage orageux ce champ sub$t une phase de modification : il est généralement inversé, puis augmente dans des proportions énormes.
A ce moment là, pour un sol plat, le champ peut atteindre plus de dix mille volts par mètre, la différence de potentiel entre la base du nuage et le sol étant alors de plusieurs dizaines de millions de volts.
Malgré cette énorme différence de potentiel, et le début de l'ionisation de l'air qui résulte de place en place, de la libération de charges électriques, la décharge principale ne peut tou~ours pas se déclencher spontanément à travers l'immense couche d'air qui forme encore un bon isolant ; il n'y a alors pas encore de menace réelle de chute de la foudre.
La décharge principale correspondant à la chute de la foudre ne pourra s'amorcer tant que le champ atmosphérique ne subira pas une nouvelle phase de modification dans laquelle il subira une brutale augmentation qui le rendra apte à amorcer l'effet dit "corona" c'est-à-dire former des décharges de faible intensité, dites "traceurs" ou "précurseurs" aptes à créer entre le nuage et le sol un canal conducteur formé d'air partiellement ionisé.
Il est par ailleurs connu que la moindre aspérité sur le sol agit comme un concentrateur de champ qui, selon sa forme plus ou moins allongée vers le haut, peut multiplier la valeur du champ plusieurs centalnes de fois et anticiper autour d'elle l'émission de charges électriques.
C'est ainsi qu'un champ ambiant de l'ordre de dix mille volts par mètre peut déjà, du fait de cette concentration, dite "effet de pointe", être porté, autour de l'aspérité, ~ une valeur ,J~
2 1z8l37~
suffisante pour amorcer l'effet corona c'est-à-dlre provoquer à
la pointe de l'aspérité une émission intense d'étincelles encore floues qui se manifestent sous la forme d'effluves ou aigrettes lumineuses.
S Avec la hauteur de la pointe et surtout ~vec l'augmenta-tion du champ atmosphérique, ces aigrettes s'amplifient et deviennent de véritables étincelles.
Ce sont elles qui en s'élevant laissent chacune derrière elle un canal conducteur formé d'air partiellement ionisé
réalisant le "traceur" ou "précurseur" ascendant qui, en ~ontant par bonds successifs à une vitesse de l'ordre de vingt kilomètres par seconde, peut atteindre le nuage ou l'un des "traceurs" ou "précurseurs" descendants issus de celui-ci et terminer ainsi le canal conducteur au travers duquel pourra alors s'écouler la décharge principale.
C'est bien entendu cet effet de pointe qui est utilisé
dans les paratonnerres qui, dans leur version la plus simple, consistent en une pointe conductrice située à une certaine hauteur du sol ; elle est reliée à la terre par un conducteur dit "descente de paratonnerre".
Mais si une telle pointe dite "inerte" s'avère dans cer-tains cas efficace, on peut aussi constater de nombreux autres cas où la foudre, surtout lorsqu'elle est de faible intensité, tombe à proximité immédiate de cette pointe du fait de la présence d'autres aspérités telles un clocher, un mât, etc., qui ont plus rapidement qu'elle produit le même effet.
C'est pourquoi, depuis longtemps, on a utilisé en combi-naison avec une pointe classique, des moyens destinés à faire en sorte que, avant les aspérités inertes avoisinantes, à la pointe du paratonnerre, des charges électriques soient émises afin de tenter d'amorcer l'effet corona, donc de former des "traceurs"
ascendants et de creuser des canaux formés d'air partiellement ionisé qui rattraperont le nuage ou un "précurseur" descendant, et ce, le plus haut possible dans le ciel de manière à élargir la zone ainsi placée 50US la protection de la pointe.
Parmi ces moyens connus, certains agissent par au moins une électrode, tandis que d'autres agissent directement sur la polnte du paratonnerre.
suffisante pour amorcer l'effet corona c'est-à-dlre provoquer à
la pointe de l'aspérité une émission intense d'étincelles encore floues qui se manifestent sous la forme d'effluves ou aigrettes lumineuses.
S Avec la hauteur de la pointe et surtout ~vec l'augmenta-tion du champ atmosphérique, ces aigrettes s'amplifient et deviennent de véritables étincelles.
Ce sont elles qui en s'élevant laissent chacune derrière elle un canal conducteur formé d'air partiellement ionisé
réalisant le "traceur" ou "précurseur" ascendant qui, en ~ontant par bonds successifs à une vitesse de l'ordre de vingt kilomètres par seconde, peut atteindre le nuage ou l'un des "traceurs" ou "précurseurs" descendants issus de celui-ci et terminer ainsi le canal conducteur au travers duquel pourra alors s'écouler la décharge principale.
C'est bien entendu cet effet de pointe qui est utilisé
dans les paratonnerres qui, dans leur version la plus simple, consistent en une pointe conductrice située à une certaine hauteur du sol ; elle est reliée à la terre par un conducteur dit "descente de paratonnerre".
Mais si une telle pointe dite "inerte" s'avère dans cer-tains cas efficace, on peut aussi constater de nombreux autres cas où la foudre, surtout lorsqu'elle est de faible intensité, tombe à proximité immédiate de cette pointe du fait de la présence d'autres aspérités telles un clocher, un mât, etc., qui ont plus rapidement qu'elle produit le même effet.
C'est pourquoi, depuis longtemps, on a utilisé en combi-naison avec une pointe classique, des moyens destinés à faire en sorte que, avant les aspérités inertes avoisinantes, à la pointe du paratonnerre, des charges électriques soient émises afin de tenter d'amorcer l'effet corona, donc de former des "traceurs"
ascendants et de creuser des canaux formés d'air partiellement ionisé qui rattraperont le nuage ou un "précurseur" descendant, et ce, le plus haut possible dans le ciel de manière à élargir la zone ainsi placée 50US la protection de la pointe.
Parmi ces moyens connus, certains agissent par au moins une électrode, tandis que d'autres agissent directement sur la polnte du paratonnerre.
3 1~8~3~
Avec les moyens connus à ce ~our agissant par au moins une électrode, celle-ci est dlsposée à faible distance de la pointe reliée à la terre et elle est alimentée de manière qu'une décharge électrique s'établisse entre l'électrode et la pointe et provoque une émission complémentaire de charges électriques, d'électrons, s'a~outant ainsi ~ l'émission de la pointe prlse isolément et qui, comme elle, produira l'ionisation par choc de l'air présent autour de la pointe.
Avec ces moyens connus (EP-A-96655), l'alimentation s'opère par temps d'orage à l'aide d'un organe de prise du potentiel atmosphérique qui dès que l'air est au moins faiblement ionisé capte une tension avec laquelle l'électrode est directement ali~entée de manière que, sous l'effet de la di~férence de potentiel entre l'électrode et la pointe raccordée à la terre, s'établisse la décharge.
Malheureusement, meme si ce principe de la prise de po-: tentiel est bon, la quantité d'énergie disponible est très faible et de plus l'émission complémentaire pourra n'avoir lieu qu'avec un retard de l'ordre de quelques dizaines de microsecondes, par rapport au moment où le champ atmosphérique aura atteint lavaleur suffisante à l'amorçage de l'effet corona depuis des aspérités pointues .
L'alimentation directe de l'électrode par un organe de prise de potentiel atmosphérique ne pouvant donc suffire, on connait des moyens, soit combinés à cette prise de potentiel atmosphérique, soit totalement indépendants d'une telle prise de potentiel.
Les moyens connus à ce ~our et se combinant à cette prise de potentiel consistent en des charges radioactives (FR-A-1478526-figure 1) dont les rayons alpha renforcent, dans la zone de l'organe de prise de potentiel, l'ionisation de l'air et donc l'efficacité de cet organe.
Si l'efficacité de ces charges radioactives a pu être dé-montrée, leur utilisation ne peut toutefois plus s'envisager compte-tenu des interdictions légales ou règlementaires édictées dans la plupart des pays à l'encontre de l'emploi des radio-éléments et ce, notamment pour la fabrication des paratonnerres (Journal Officiel de la République Française du 20 ~ , ~4 ~8~3~
octobre 1983 - arrêté du 11 octobre 1983).
Les moyens indépendants de la prise de potentlel atmosphé-rique nécessltent évidemment l'utillsatlon d'une autre source d'énergie, soit indépendante solt dépendante du paratonnerre.
La source indépendante conslste en une batterie d'allmen-tation ou en un générateur haute tenslon qul, faute d'opérations de maintenance, rend rapidement le paratonnerre inefficace.
La source dépendante du paratonnerre consiste par exemple en un disposltif piézo-électrique sur lequel une pression mécanique est exercée par la force du vent (FR-A-2.543.370), mais l'apparition de ce vent à l'approche de l'orage est aléatoire et rend le paratonnerre pèu fiable.
Pour faire en sorte que la pointe du paratonnerre émette, plus rapidement, des charges électriques, en plus des moyens précités agissant sur au moins une électrode, on connait d'autres moyens agissant quant à eux directement sur la pointe du paratonnerre.
Certains de ces autres moyens connus font slmplement appel à des charges radioactives qui, autour de la pointe du paraton-nerre, favorisent l'ionisation de l'air ambiant (FR-A-1478526 figure 2) ou d'un gaz pulsé, (FR-A-2285008) mais, comme les paratonnerres à électrode en faisant usage, sont frappés de la même interdiction.
D'autres moyens font appel à une source extérieure, telle une batterie ou un générateur à haute tension (FR-A-907037 et EP-A-60756), aux bornes de laquelle sont reliées, d'une part, la pointe et, d'autre part, la terre, tandis que la pointe, alimentée par la source extérieure, est isolée de la descente du paratonnerre par un diélectrique s'opposant au passage des décharges haute tension issues de la source mais laissant bien entendu passer les décharges princlpales de l'orage.
Malheureusement, nécessitant une source d'alimentation électrique extérieure, de même que cela a été vu plus haut, ces moyens impliquent de nombreuses opérations de maintenance, difficilement supportables au plan financier.
Un résultat que l'invention vise à obtenir est un procédé
de protection contre la foudre qui, de manière autonome et donc sans faire appel à une source d'énergie extérieure ni à des :.; ... .
- 5 _ 1~137~
élements radioactifs, agit de manière fiable juste au moment ou il va y avoir danger d'une décharge principale dans la zone protégée.
Dans l'application au paratonnerre, un résultat de l'invention est de fournir l'energie nécessaire à
l'amorçage, par anticipation, de l'effet corona.
Selon la présente invention, il est donc prévu un procédé électronique de protection contre la foudre, consistant à:
- prévoir un condensateur dont un circuit de décharge est adapté à alimenter un matériel de protection contre la foudre, ledit condensateur étant relié à un organe de prise de potentiel adapté à capter une première tension Uc, - charger ledit condensateur avec ladite première tension Uc captée par l'organe de prise de potentiels, ladite tension captée U demeurant dans une plage de tensions relativement basses dite plage inférieure Ub, - surveiller un gradient dv/dt de ladite tension captée Uc par rapport au temps, - suivre l'évolution dudit gradient dv/dt et dès que ledit gradient dvJdt s'élève au delà d'un seuil prédétermine et se situe dans une plage de tension supérieure Uh, commander la décharge dudit circuit de décharge pour alimenter ledit matériel de protection contre la foudre.
De préférence, on place ledit organe de prise de potentiel dans une zone où l'ionization de l'air est favorisé .
De préférence, on place ledit organe de prise de potentiel dans une zone avoisinant une pièce conductrice située à une hauteur prédéterminée du sol et reliée à la terre de manière à ce que, par effet de pointe, le champ atmosphérique soit, autour de la pointe, concentre et anticipe ainsi l'émission de charges électriques.
-- 5~
De préférence, la décharge dudit circuit de décharge du condensateur se manifeste sous la forme d'une décharge electrique à une pointe afin d'assurer par une émission intense de charges électriques une ionisation de l'air et l'anticipation de l'amorçage d'un effet corona.
Selon la présente invention il est également prévu un dispositif électronique pour la protection contre la foudre, comprenant:
- un moyen de nature à favoriser l'ionisation de l'air, ce moyen étant relié à la terre et créant autour de lui une concentration d'un champ atmosphérique, - un organe de prise de potentiel atmosphérique pour capter une tension Uc, - un condensateur relié audit organe de prise de potentiel adapté à être chargé de ladite tension Uc et à
l'emmagasiner tant que cette première tension Uc reste dans une plage de tensions relativement basses dite plage inférieure Ub, - une électrode de décharge, - un circuit de commande pour contrôler la décharge dudit condensateur à travers un circuit de décharge dans ladite électrode de décharge, - un détecteur relié audit circuit de commande pour surveiller et suivre l'évolution d'un gradient dv/dt de ladite tension Uc par rapport au temps, et lorsque ce gradient dv/dt dépasse un seuil prédéterminé et se situe dans une plage de tensions supérieure Uh, pour transmettre un signal audit circuit de commande déclenchant ainsi la décharge dudit condensateur.
De préférence, le moyen de nature a favoriser l'ionisation de l'air est une pointe reliée à la terre.
De préférence, l'organe de prise de potentiel est situé dans un champ atmosphérique régnant au voisinage dudit moyen de nature à favoriser l'ionisation de l'air.
- 5b - ~
Selon la présente invention, il est également prévu un materiel de protection contre la foudre, comprenant:
- une tige terminée en forme de pointe et reliée à
la terre, cette forme en pointe concentrant un champ et favorisant l'ionisation de l'air dans une ~one de prise de potentiel, - un organe de prise de potentiel atmosphérique pour capter une tension Uc et des isolateurs pour isoler ledit organe de prise de potentiel de ladite pointe, - au moins une électrode d'étincelage disposée près de ladite pointe et fixée de manière isolée par rapport à ladite pointe, - une carte avec un circuit, portant:
- un condensateur relié audit organe de prise de potentiel adapté à être chargé de ladite tension Uc et à
l'emmagasiner tant que cette première tension Uc reste dans une plage de tensions relativement basses dite plage inférieure Ub, - un circuit de commande pour contrô]er la décharge dudit condensateur à travers un circuit de décharge dans ladite électrode de décharge, - un détecteur relié audit circuit de commande pour surveiller et suivre l'évolution d'un gradient dv/dt de ladite tension Uc par rapport au temps, et lorsque ce gradient dv/dt dépasse un seuil prédéterminé et se situe dans une plage de tensions supérieure Uh, pour transmettre, un signal audit circuit de commande déchanchant ainsi la décharge dudit condensateur, - un moyen de protection pour ladite carte avec circuit.
L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-apres faite à titre d'exemple non limitatif, en regard du .~
-~ 6 1Z 8~37 dessin cl-annexé qui représente :
- figure 1 : une forme d'~volution dans le temps de la tension captée.
- figure 2 : le schéma bloc du clrcult et des composants S du moyen de mise en oeuvre du procédé selon l'inventlon, - figure 3 : un paratonnerre pourvu de ces moyens, - figure 4 : le schéma détaillé d'un mode particulier de réalisation appliqué à la protection contre les orages dit positifs.
- figure 5 : le schéma détaillé d'un mode particulier de réalisation appliqué à la proteGtion contre les orages dit négatifs.
En se rapportant au dessin (figure 2) on voit que les moyens de mise en oeuvre du procédé comprennent, de manière connue, un organe 1 de prise de potentiel atmosphérique.
On sait que, par temps d'orage, avant même qu'il y ait une menace réelle de chute de la foudre, le champ atmosphérique devient suffisant pour qu'il y ait, au moins dans certaines zones, libération de charges électriques qui par choc ioniseront l'air.
Dès que, dans la zone où agit l'organe de prise de poten-tiels, l'air est faiblement ionisé, il capte une tensions Uc.
.
Au lieu qu'avec la tension captée Uc, on alimente direc-tement un matériel de protection contre la foudre tel un paraton-nerre, selon une caractéristique essentielle du procédé selonl'invention, on charge au moins un condensateur 4 dont, comme indiqué plus loin, le circuit de décharge n'alimentera qu'ultérieurement le matériel de protection contre la foudre.
Evidemment, on place de préférence cet organe 1 dans une zone où, par tout moyen connu, l'ionisation de l'air est favori-sée, telle une zone avoisinant une pièce conductrice 12 ou 2Q
située à une certaine hauteur du sol et reliée à la terre de manière que, par effet de pointe, le champ atmosphérique soit, autour de cette pointe, concentré et anticipe ainsi l'émission de charges électriques.
Avant qu'il y ait menace réelle de chute de la foudre cette tension captée Uc évolue de manière variable selon les orages mais demeure néanmoins dans une plage de tensions relati-, . .
7 1~137~
vement basses dlte plage inférleure Ub. C'est du fait de cetteévolution variable que la courbe n'a en fait qu'ét~ symbolisée (voir traits interrompus).
Ce n'est que quelques dizalnes de microsecondes avant 5 qu'11 y ait menace réelle de chute de la foudre en un endroit déterminé que le champ atmosphérlque en cet endroit sublt une au~mentatiOn brutale qui donc se répercutera sur la tension captée Uc. Celle-ci s'élèvera alors en progressant ~usque et dans une plage de tensions Uh supérieure à celle Ub où elle se situait Jusqu'alors et ce avec un gradient (dv/dt) de potentiel capté par rapport au temps qui sera très important.
Selon une autre caractéristique essentielle de l'inven-tlon, dans la plage supérieure Uh de tenslons on surveille l'évo-lution par rapport au temps du potentiel capté et dès que le gradient s'élève au delà d'un seuil prédétermné on commande la décharge de la capaclté 4 dans le clrcult d'alimentation du maté-riel de protection contre la foudre.
Aux bornes du condensateur la tension augmente quant à
elle progressivement, vers la tension de seuil à laquelle elle se stabilise, ~usqu'au moment où le franchissement du seuil précité
étant détecté, par décharge elle ch~utera en attendant de remonter à nouveau.
Dans l'applicat$on au paratonnerre, cette décharge du condensateur se manifeste sous la forme d'une décharge électrique à sa pointe afln d'assurer par une émlssion intense de charges électrlque une ionisation de l'alr et l'antlcipatlon de l'amor-sage de l'effet corona.
De préférence en combinaison avec un moyen 12, 20 de natu-re à favoriser l'ionisation de l'air, tel une pointe 12, 20 reliée à la terre créant autour d'elle une concentration du champ atmosphérique, les moyens en vue de la mise en oeuvre de ce procédé comprennent (figures 2 et 3) au moins un organe 1, 14 de prise de potentiel atmosphérique de préférence dans le champ atmosphérique régnant au voisinage du dit moyen 12, 20 de nature à favoriser l'lon$sation de l'air.
Ils sont caract~risés en ce que, relié à cet organe 1 de prlse de potentiel, ils comprennent ~u moins un circult avec :
. d'une part, un détecteur 3 du dépassement du seuil pré-~`` 8 1 ~ 1`3~
déterminé pour le gradient (dv/dt) de potentlel capté par rapportau temps "t" et, . d'autre part, au moins un condensateur 4 dont le circuit de décharge est, par un clrcuit de commande lO placé sous le contrôle du détecteur 3, relié au matériel de protection contre la foudre.
En amont du condensateur 4, on trouvera avantageusement un filtre 6 sélectionnant les tensions de la plage inférieure ~b.
De même, en amont du détecteur 3, on trouvera un filtre 2, sélectionnant les tensions de la plage supérieure Uh.
Dans le cas où les moyens comprennent plusieurs condensa-teurs, ceux-ci sont évidemment montés en parallèle de manière à
additionner leur capacité.
On constate que la première des originalités de ces moyens lS de mise en oeuvre du procédé réside dans le fait qu'on dispose par temps d'orage d'une véritable source d'énergie autonome constituée par la capacité, véritable réservoir qui se charge et se décharge en libérant toute son énergie juste au moment où il y a un risque très important, c'est-à-dire ~uste avant qu'un 'lprécurseurll risque de boucler le circuit de décharge de la foudre.
On sait par ailleurs que les orages peuvent, selon les polarités respectives des nuages et du sol être de type positif ou négatif.
Pour que, dans sa version commerciale le matériel de pro-tection prenne en compte ces deux types d'orages, dans la limite bien sûr où des composants du circuit tels des diodes ont un sens de montage qui est fonction de cette polarité, les moyens de l'invention pourront avantageusement comprendre au moins un ensemble de deux circuits similaires, par exemple ~uxtaposés et/ou superposés, l'un d~eux étant adapté pour les orages dits négatifs, l'autre étant adapté pour les orages dits positifs.
Il va de soi que les moyens peuvent être constitués soit d'un seul circuit ou ensemble de circuits mixtes (orages positifs et négatifs) soit de plusieurs circuits ou ensembles de circuits, par exemple, calibrés dif~éremment de façon à réaliser, des d~clenchements par éta8e.
Dans la réal~té, on pourra se contenter de deux ensembles '~ , 9 1'C:8~
calibrés l'un par rapport à l'autre avec des constantes de temps différents pour assurer le maximum d'efficacité au cas où deux coups de foudre exceptionnellement très rapprochés l'un par rapport à l'autre viendraient à apparaître dans les memes lieux.
Sur la carte ~lectronique figureront, d'autre part, toutes les protections utiles connues de l'homme du métier pour assurer le bon fonctionnement permanent de chacun des composants.
Dans l'àpplication au paratonnerre, la pointe 20 concen-trant le champ et favorisant l'ionisation de l'air dans la zone de prise de potentiel, pourra, bien entendu, être constitué par la pointe 12 du paratonnerre sous réserves bien entendu que celle-ci soit reliée à la terre. Dans ce cas le circuit d'al~mentation 5 sera relié à au moins une électrode 16 réalisant avec la pointe 12 un générateur de décharges électriques intenses.
Dans le cas où le circuit d'alimentation 5 est directement relié à la pointe 12 du paratonnerre, celle-ci étant alors isolée de la terre pour les tensions inférieures à celle de la foudre, il est nécessaire que la pointe 20 du circuit soit alors consti-tuée par une pièce distincte de la pointe 12 du paratonnerre.
Le cycle de chargement et de déchargement de la capacitéétant automatiquement répétitif, il va de soi qu'une autre parti-cularité des moyens de l'invention tient dans le fait qu'il est possible de maitriser le déclenchement d'électrons dans un laps de temps très court et avec une précision remarquable calibrée en laboratoire.
Les composants étant statiques, on con~oit tous les avantages liés à la fiabilité, la disponibilité, la sécurité et la maintenance Dans sa version avec au moins une électrode, ce paraton-nerre se composera dans son ensemble, par exemple, d'une tige ll terminée en forme de pointe 12 et reliée à la terre par une connexion 13 et d'au moins une prise de potentiel 14 soi-gneusement isolée de la pointe par des isolateurs 15, de tout type connu, choisis po~r leur qualité diélectrique et leur par-faite résistance dans le temps aux agents atmosphériques et aux agents luminescents (rayons ultra-violets).
Au moins une électrode d'étincellage 16 est disposée près 10 ~.2~ 37'~
de la pointe 12 et fixée, comme les prises de potentiel 14, de manière isolée par rapport à la pointe 12.
Ces électrodes 16 pourront, à cet effet, être disposées sur un support isqlant qui présentera, en outre, l'avantage de S fixer la distance entre la pointe 12 et les électrodes 16 de manière parfaitement constante.
Les organes 14 de prise de potentiel e~ les électrodes 16 sont, par l'intermédiaire de leurs moyens d'isolation, supportés par un carénage de protection 17 qui s'enfile sur la pointe 12 et qui contient la carte 18 avec le circuit imprimé ou cablé.et les composants électroniques.
Le caréna~e de protection 17 sera, de préférence, mé-tallique~ inoxydable, parfaitement étanche aux intempéries, avec éventuellement~ un traitement de surface tel un nickelage, pour lS offrir aux composants le maximum de protection contre les courants induits dûs au passage de la foudre ou les effets capacitifs.
Le carénage de protection 17 constitue dé~à à lui seul une excellente protection du type "cage de Faraday" ; il est néanmoins concevable d'envisager un carénage en matière plastique ou en matériaux composites présentant tous les avantages de la version métallique.
Dans la version commerciale, la carte 18 et les composants électroniques seront noyés dans une résine choisie pour ses qualités diélectriques et pour son excellente résistance aux ondes de choc.
La résine sera, d'autre part, insensible aux parametres atmosphériques du type humidité pour assurer un fonctionnement étanche de l'ensemble.
30Elle présentera, en outre, l'avantage de garder au dispo-sitif toutes ses qualités dans le temps (bonne tenue au vieillissement).
Outre leur utilisation en combinaison avec un paratonnerre, on pourra avantageusement utiliser ces moyens dans des matériels relatifs, par exemple, à la sécurité des instal-lations, notamment é~lectriques, et suivant des formes très diver-ses.
Il est par exemple concevable d'appliquer ces moyens pour ,, .
8137i~
l'alimentation de matériels qui, par temps d'orage, assurent délestage préventif d~installations importantes.
Dans une forme préférée de réalisation (figures 4 et 5), la tension Uc captée en sortie de la diode 32 (par exemple de type lN4004) passe au travers d~une résistance 21 (par exemple de 750 ohms/3 watts) avant de charger le condensateur 4 (par exemple de 10 micro farads/400 volts) ~usqu'à un seuil (par exemple de 300 volts) déterminé par les diodes zéner 22, 23.
Le détecteur 3 du dépassement du seuil prédéterminé pour le gradient (dv/dt) de potentiel capté par rapport au temps consiste, par exemple, en un filtre passe haut constitué d'un circuit RC monté en dérivateur.
L'homme de l'art sait déterminer les valeurs respectives de la résistance 9 et de la capacité 8 de manière que le détecteur réagisse avec une constante de temps déterminée et puisse ainsi être calibrée à une dizaine de microseconde près.
En cas de dépassement, le détecteur 3 transmet un signal au dispositif de commande 10 de la décharge du condensateur 4.
Le dispositif de commande 10 comprend avantageusement un optocoupleur 24 (par exemple du type MOC 3020) qui délivre en sortie, au travers d'une résistance 25 (par exemple de 22 Kilo ohms) une impulsion commandant la gachette 27 d'un triac 28 (par exemple de 8 Ampère /400 volts).
Le triac devient alors passant et libère toute l'énergie accumulée dans la capacité 4 vers le cicuit d'alimentation 5 par exemple au travers d'une self d'implusion 29.
Une diode 26 (par exemple de type lN4004) placée en amont de la gachette 27 du triac protègera alors celle~ci des surtensions dues à la self.
Entre le condensateur 4 et la self 29, le circuit passera de meme par une diode semblable 30 ~évitant l'oscillation entre la self et la capacité.
Par ailleurs le dispositif comprend un dispositif 31 de protection contre les surtens~ons (tel un parasurtension UC350Q) qui protège les composants et le circuit contre les élévations de tensions (dans cet exemple au delà de 350 volts).
Les composants et circuits représentés aux fi~ures ~ et 5 sont identiques, seules les diodes étant montées différemment 12 1~8~7~
pour tenir compte des orages positifs (figur~ 4) et n~gatifs (figure 5).
0~
Avec les moyens connus à ce ~our agissant par au moins une électrode, celle-ci est dlsposée à faible distance de la pointe reliée à la terre et elle est alimentée de manière qu'une décharge électrique s'établisse entre l'électrode et la pointe et provoque une émission complémentaire de charges électriques, d'électrons, s'a~outant ainsi ~ l'émission de la pointe prlse isolément et qui, comme elle, produira l'ionisation par choc de l'air présent autour de la pointe.
Avec ces moyens connus (EP-A-96655), l'alimentation s'opère par temps d'orage à l'aide d'un organe de prise du potentiel atmosphérique qui dès que l'air est au moins faiblement ionisé capte une tension avec laquelle l'électrode est directement ali~entée de manière que, sous l'effet de la di~férence de potentiel entre l'électrode et la pointe raccordée à la terre, s'établisse la décharge.
Malheureusement, meme si ce principe de la prise de po-: tentiel est bon, la quantité d'énergie disponible est très faible et de plus l'émission complémentaire pourra n'avoir lieu qu'avec un retard de l'ordre de quelques dizaines de microsecondes, par rapport au moment où le champ atmosphérique aura atteint lavaleur suffisante à l'amorçage de l'effet corona depuis des aspérités pointues .
L'alimentation directe de l'électrode par un organe de prise de potentiel atmosphérique ne pouvant donc suffire, on connait des moyens, soit combinés à cette prise de potentiel atmosphérique, soit totalement indépendants d'une telle prise de potentiel.
Les moyens connus à ce ~our et se combinant à cette prise de potentiel consistent en des charges radioactives (FR-A-1478526-figure 1) dont les rayons alpha renforcent, dans la zone de l'organe de prise de potentiel, l'ionisation de l'air et donc l'efficacité de cet organe.
Si l'efficacité de ces charges radioactives a pu être dé-montrée, leur utilisation ne peut toutefois plus s'envisager compte-tenu des interdictions légales ou règlementaires édictées dans la plupart des pays à l'encontre de l'emploi des radio-éléments et ce, notamment pour la fabrication des paratonnerres (Journal Officiel de la République Française du 20 ~ , ~4 ~8~3~
octobre 1983 - arrêté du 11 octobre 1983).
Les moyens indépendants de la prise de potentlel atmosphé-rique nécessltent évidemment l'utillsatlon d'une autre source d'énergie, soit indépendante solt dépendante du paratonnerre.
La source indépendante conslste en une batterie d'allmen-tation ou en un générateur haute tenslon qul, faute d'opérations de maintenance, rend rapidement le paratonnerre inefficace.
La source dépendante du paratonnerre consiste par exemple en un disposltif piézo-électrique sur lequel une pression mécanique est exercée par la force du vent (FR-A-2.543.370), mais l'apparition de ce vent à l'approche de l'orage est aléatoire et rend le paratonnerre pèu fiable.
Pour faire en sorte que la pointe du paratonnerre émette, plus rapidement, des charges électriques, en plus des moyens précités agissant sur au moins une électrode, on connait d'autres moyens agissant quant à eux directement sur la pointe du paratonnerre.
Certains de ces autres moyens connus font slmplement appel à des charges radioactives qui, autour de la pointe du paraton-nerre, favorisent l'ionisation de l'air ambiant (FR-A-1478526 figure 2) ou d'un gaz pulsé, (FR-A-2285008) mais, comme les paratonnerres à électrode en faisant usage, sont frappés de la même interdiction.
D'autres moyens font appel à une source extérieure, telle une batterie ou un générateur à haute tension (FR-A-907037 et EP-A-60756), aux bornes de laquelle sont reliées, d'une part, la pointe et, d'autre part, la terre, tandis que la pointe, alimentée par la source extérieure, est isolée de la descente du paratonnerre par un diélectrique s'opposant au passage des décharges haute tension issues de la source mais laissant bien entendu passer les décharges princlpales de l'orage.
Malheureusement, nécessitant une source d'alimentation électrique extérieure, de même que cela a été vu plus haut, ces moyens impliquent de nombreuses opérations de maintenance, difficilement supportables au plan financier.
Un résultat que l'invention vise à obtenir est un procédé
de protection contre la foudre qui, de manière autonome et donc sans faire appel à une source d'énergie extérieure ni à des :.; ... .
- 5 _ 1~137~
élements radioactifs, agit de manière fiable juste au moment ou il va y avoir danger d'une décharge principale dans la zone protégée.
Dans l'application au paratonnerre, un résultat de l'invention est de fournir l'energie nécessaire à
l'amorçage, par anticipation, de l'effet corona.
Selon la présente invention, il est donc prévu un procédé électronique de protection contre la foudre, consistant à:
- prévoir un condensateur dont un circuit de décharge est adapté à alimenter un matériel de protection contre la foudre, ledit condensateur étant relié à un organe de prise de potentiel adapté à capter une première tension Uc, - charger ledit condensateur avec ladite première tension Uc captée par l'organe de prise de potentiels, ladite tension captée U demeurant dans une plage de tensions relativement basses dite plage inférieure Ub, - surveiller un gradient dv/dt de ladite tension captée Uc par rapport au temps, - suivre l'évolution dudit gradient dv/dt et dès que ledit gradient dvJdt s'élève au delà d'un seuil prédétermine et se situe dans une plage de tension supérieure Uh, commander la décharge dudit circuit de décharge pour alimenter ledit matériel de protection contre la foudre.
De préférence, on place ledit organe de prise de potentiel dans une zone où l'ionization de l'air est favorisé .
De préférence, on place ledit organe de prise de potentiel dans une zone avoisinant une pièce conductrice située à une hauteur prédéterminée du sol et reliée à la terre de manière à ce que, par effet de pointe, le champ atmosphérique soit, autour de la pointe, concentre et anticipe ainsi l'émission de charges électriques.
-- 5~
De préférence, la décharge dudit circuit de décharge du condensateur se manifeste sous la forme d'une décharge electrique à une pointe afin d'assurer par une émission intense de charges électriques une ionisation de l'air et l'anticipation de l'amorçage d'un effet corona.
Selon la présente invention il est également prévu un dispositif électronique pour la protection contre la foudre, comprenant:
- un moyen de nature à favoriser l'ionisation de l'air, ce moyen étant relié à la terre et créant autour de lui une concentration d'un champ atmosphérique, - un organe de prise de potentiel atmosphérique pour capter une tension Uc, - un condensateur relié audit organe de prise de potentiel adapté à être chargé de ladite tension Uc et à
l'emmagasiner tant que cette première tension Uc reste dans une plage de tensions relativement basses dite plage inférieure Ub, - une électrode de décharge, - un circuit de commande pour contrôler la décharge dudit condensateur à travers un circuit de décharge dans ladite électrode de décharge, - un détecteur relié audit circuit de commande pour surveiller et suivre l'évolution d'un gradient dv/dt de ladite tension Uc par rapport au temps, et lorsque ce gradient dv/dt dépasse un seuil prédéterminé et se situe dans une plage de tensions supérieure Uh, pour transmettre un signal audit circuit de commande déclenchant ainsi la décharge dudit condensateur.
De préférence, le moyen de nature a favoriser l'ionisation de l'air est une pointe reliée à la terre.
De préférence, l'organe de prise de potentiel est situé dans un champ atmosphérique régnant au voisinage dudit moyen de nature à favoriser l'ionisation de l'air.
- 5b - ~
Selon la présente invention, il est également prévu un materiel de protection contre la foudre, comprenant:
- une tige terminée en forme de pointe et reliée à
la terre, cette forme en pointe concentrant un champ et favorisant l'ionisation de l'air dans une ~one de prise de potentiel, - un organe de prise de potentiel atmosphérique pour capter une tension Uc et des isolateurs pour isoler ledit organe de prise de potentiel de ladite pointe, - au moins une électrode d'étincelage disposée près de ladite pointe et fixée de manière isolée par rapport à ladite pointe, - une carte avec un circuit, portant:
- un condensateur relié audit organe de prise de potentiel adapté à être chargé de ladite tension Uc et à
l'emmagasiner tant que cette première tension Uc reste dans une plage de tensions relativement basses dite plage inférieure Ub, - un circuit de commande pour contrô]er la décharge dudit condensateur à travers un circuit de décharge dans ladite électrode de décharge, - un détecteur relié audit circuit de commande pour surveiller et suivre l'évolution d'un gradient dv/dt de ladite tension Uc par rapport au temps, et lorsque ce gradient dv/dt dépasse un seuil prédéterminé et se situe dans une plage de tensions supérieure Uh, pour transmettre, un signal audit circuit de commande déchanchant ainsi la décharge dudit condensateur, - un moyen de protection pour ladite carte avec circuit.
L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-apres faite à titre d'exemple non limitatif, en regard du .~
-~ 6 1Z 8~37 dessin cl-annexé qui représente :
- figure 1 : une forme d'~volution dans le temps de la tension captée.
- figure 2 : le schéma bloc du clrcult et des composants S du moyen de mise en oeuvre du procédé selon l'inventlon, - figure 3 : un paratonnerre pourvu de ces moyens, - figure 4 : le schéma détaillé d'un mode particulier de réalisation appliqué à la protection contre les orages dit positifs.
- figure 5 : le schéma détaillé d'un mode particulier de réalisation appliqué à la proteGtion contre les orages dit négatifs.
En se rapportant au dessin (figure 2) on voit que les moyens de mise en oeuvre du procédé comprennent, de manière connue, un organe 1 de prise de potentiel atmosphérique.
On sait que, par temps d'orage, avant même qu'il y ait une menace réelle de chute de la foudre, le champ atmosphérique devient suffisant pour qu'il y ait, au moins dans certaines zones, libération de charges électriques qui par choc ioniseront l'air.
Dès que, dans la zone où agit l'organe de prise de poten-tiels, l'air est faiblement ionisé, il capte une tensions Uc.
.
Au lieu qu'avec la tension captée Uc, on alimente direc-tement un matériel de protection contre la foudre tel un paraton-nerre, selon une caractéristique essentielle du procédé selonl'invention, on charge au moins un condensateur 4 dont, comme indiqué plus loin, le circuit de décharge n'alimentera qu'ultérieurement le matériel de protection contre la foudre.
Evidemment, on place de préférence cet organe 1 dans une zone où, par tout moyen connu, l'ionisation de l'air est favori-sée, telle une zone avoisinant une pièce conductrice 12 ou 2Q
située à une certaine hauteur du sol et reliée à la terre de manière que, par effet de pointe, le champ atmosphérique soit, autour de cette pointe, concentré et anticipe ainsi l'émission de charges électriques.
Avant qu'il y ait menace réelle de chute de la foudre cette tension captée Uc évolue de manière variable selon les orages mais demeure néanmoins dans une plage de tensions relati-, . .
7 1~137~
vement basses dlte plage inférleure Ub. C'est du fait de cetteévolution variable que la courbe n'a en fait qu'ét~ symbolisée (voir traits interrompus).
Ce n'est que quelques dizalnes de microsecondes avant 5 qu'11 y ait menace réelle de chute de la foudre en un endroit déterminé que le champ atmosphérlque en cet endroit sublt une au~mentatiOn brutale qui donc se répercutera sur la tension captée Uc. Celle-ci s'élèvera alors en progressant ~usque et dans une plage de tensions Uh supérieure à celle Ub où elle se situait Jusqu'alors et ce avec un gradient (dv/dt) de potentiel capté par rapport au temps qui sera très important.
Selon une autre caractéristique essentielle de l'inven-tlon, dans la plage supérieure Uh de tenslons on surveille l'évo-lution par rapport au temps du potentiel capté et dès que le gradient s'élève au delà d'un seuil prédétermné on commande la décharge de la capaclté 4 dans le clrcult d'alimentation du maté-riel de protection contre la foudre.
Aux bornes du condensateur la tension augmente quant à
elle progressivement, vers la tension de seuil à laquelle elle se stabilise, ~usqu'au moment où le franchissement du seuil précité
étant détecté, par décharge elle ch~utera en attendant de remonter à nouveau.
Dans l'applicat$on au paratonnerre, cette décharge du condensateur se manifeste sous la forme d'une décharge électrique à sa pointe afln d'assurer par une émlssion intense de charges électrlque une ionisation de l'alr et l'antlcipatlon de l'amor-sage de l'effet corona.
De préférence en combinaison avec un moyen 12, 20 de natu-re à favoriser l'ionisation de l'air, tel une pointe 12, 20 reliée à la terre créant autour d'elle une concentration du champ atmosphérique, les moyens en vue de la mise en oeuvre de ce procédé comprennent (figures 2 et 3) au moins un organe 1, 14 de prise de potentiel atmosphérique de préférence dans le champ atmosphérique régnant au voisinage du dit moyen 12, 20 de nature à favoriser l'lon$sation de l'air.
Ils sont caract~risés en ce que, relié à cet organe 1 de prlse de potentiel, ils comprennent ~u moins un circult avec :
. d'une part, un détecteur 3 du dépassement du seuil pré-~`` 8 1 ~ 1`3~
déterminé pour le gradient (dv/dt) de potentlel capté par rapportau temps "t" et, . d'autre part, au moins un condensateur 4 dont le circuit de décharge est, par un clrcuit de commande lO placé sous le contrôle du détecteur 3, relié au matériel de protection contre la foudre.
En amont du condensateur 4, on trouvera avantageusement un filtre 6 sélectionnant les tensions de la plage inférieure ~b.
De même, en amont du détecteur 3, on trouvera un filtre 2, sélectionnant les tensions de la plage supérieure Uh.
Dans le cas où les moyens comprennent plusieurs condensa-teurs, ceux-ci sont évidemment montés en parallèle de manière à
additionner leur capacité.
On constate que la première des originalités de ces moyens lS de mise en oeuvre du procédé réside dans le fait qu'on dispose par temps d'orage d'une véritable source d'énergie autonome constituée par la capacité, véritable réservoir qui se charge et se décharge en libérant toute son énergie juste au moment où il y a un risque très important, c'est-à-dire ~uste avant qu'un 'lprécurseurll risque de boucler le circuit de décharge de la foudre.
On sait par ailleurs que les orages peuvent, selon les polarités respectives des nuages et du sol être de type positif ou négatif.
Pour que, dans sa version commerciale le matériel de pro-tection prenne en compte ces deux types d'orages, dans la limite bien sûr où des composants du circuit tels des diodes ont un sens de montage qui est fonction de cette polarité, les moyens de l'invention pourront avantageusement comprendre au moins un ensemble de deux circuits similaires, par exemple ~uxtaposés et/ou superposés, l'un d~eux étant adapté pour les orages dits négatifs, l'autre étant adapté pour les orages dits positifs.
Il va de soi que les moyens peuvent être constitués soit d'un seul circuit ou ensemble de circuits mixtes (orages positifs et négatifs) soit de plusieurs circuits ou ensembles de circuits, par exemple, calibrés dif~éremment de façon à réaliser, des d~clenchements par éta8e.
Dans la réal~té, on pourra se contenter de deux ensembles '~ , 9 1'C:8~
calibrés l'un par rapport à l'autre avec des constantes de temps différents pour assurer le maximum d'efficacité au cas où deux coups de foudre exceptionnellement très rapprochés l'un par rapport à l'autre viendraient à apparaître dans les memes lieux.
Sur la carte ~lectronique figureront, d'autre part, toutes les protections utiles connues de l'homme du métier pour assurer le bon fonctionnement permanent de chacun des composants.
Dans l'àpplication au paratonnerre, la pointe 20 concen-trant le champ et favorisant l'ionisation de l'air dans la zone de prise de potentiel, pourra, bien entendu, être constitué par la pointe 12 du paratonnerre sous réserves bien entendu que celle-ci soit reliée à la terre. Dans ce cas le circuit d'al~mentation 5 sera relié à au moins une électrode 16 réalisant avec la pointe 12 un générateur de décharges électriques intenses.
Dans le cas où le circuit d'alimentation 5 est directement relié à la pointe 12 du paratonnerre, celle-ci étant alors isolée de la terre pour les tensions inférieures à celle de la foudre, il est nécessaire que la pointe 20 du circuit soit alors consti-tuée par une pièce distincte de la pointe 12 du paratonnerre.
Le cycle de chargement et de déchargement de la capacitéétant automatiquement répétitif, il va de soi qu'une autre parti-cularité des moyens de l'invention tient dans le fait qu'il est possible de maitriser le déclenchement d'électrons dans un laps de temps très court et avec une précision remarquable calibrée en laboratoire.
Les composants étant statiques, on con~oit tous les avantages liés à la fiabilité, la disponibilité, la sécurité et la maintenance Dans sa version avec au moins une électrode, ce paraton-nerre se composera dans son ensemble, par exemple, d'une tige ll terminée en forme de pointe 12 et reliée à la terre par une connexion 13 et d'au moins une prise de potentiel 14 soi-gneusement isolée de la pointe par des isolateurs 15, de tout type connu, choisis po~r leur qualité diélectrique et leur par-faite résistance dans le temps aux agents atmosphériques et aux agents luminescents (rayons ultra-violets).
Au moins une électrode d'étincellage 16 est disposée près 10 ~.2~ 37'~
de la pointe 12 et fixée, comme les prises de potentiel 14, de manière isolée par rapport à la pointe 12.
Ces électrodes 16 pourront, à cet effet, être disposées sur un support isqlant qui présentera, en outre, l'avantage de S fixer la distance entre la pointe 12 et les électrodes 16 de manière parfaitement constante.
Les organes 14 de prise de potentiel e~ les électrodes 16 sont, par l'intermédiaire de leurs moyens d'isolation, supportés par un carénage de protection 17 qui s'enfile sur la pointe 12 et qui contient la carte 18 avec le circuit imprimé ou cablé.et les composants électroniques.
Le caréna~e de protection 17 sera, de préférence, mé-tallique~ inoxydable, parfaitement étanche aux intempéries, avec éventuellement~ un traitement de surface tel un nickelage, pour lS offrir aux composants le maximum de protection contre les courants induits dûs au passage de la foudre ou les effets capacitifs.
Le carénage de protection 17 constitue dé~à à lui seul une excellente protection du type "cage de Faraday" ; il est néanmoins concevable d'envisager un carénage en matière plastique ou en matériaux composites présentant tous les avantages de la version métallique.
Dans la version commerciale, la carte 18 et les composants électroniques seront noyés dans une résine choisie pour ses qualités diélectriques et pour son excellente résistance aux ondes de choc.
La résine sera, d'autre part, insensible aux parametres atmosphériques du type humidité pour assurer un fonctionnement étanche de l'ensemble.
30Elle présentera, en outre, l'avantage de garder au dispo-sitif toutes ses qualités dans le temps (bonne tenue au vieillissement).
Outre leur utilisation en combinaison avec un paratonnerre, on pourra avantageusement utiliser ces moyens dans des matériels relatifs, par exemple, à la sécurité des instal-lations, notamment é~lectriques, et suivant des formes très diver-ses.
Il est par exemple concevable d'appliquer ces moyens pour ,, .
8137i~
l'alimentation de matériels qui, par temps d'orage, assurent délestage préventif d~installations importantes.
Dans une forme préférée de réalisation (figures 4 et 5), la tension Uc captée en sortie de la diode 32 (par exemple de type lN4004) passe au travers d~une résistance 21 (par exemple de 750 ohms/3 watts) avant de charger le condensateur 4 (par exemple de 10 micro farads/400 volts) ~usqu'à un seuil (par exemple de 300 volts) déterminé par les diodes zéner 22, 23.
Le détecteur 3 du dépassement du seuil prédéterminé pour le gradient (dv/dt) de potentiel capté par rapport au temps consiste, par exemple, en un filtre passe haut constitué d'un circuit RC monté en dérivateur.
L'homme de l'art sait déterminer les valeurs respectives de la résistance 9 et de la capacité 8 de manière que le détecteur réagisse avec une constante de temps déterminée et puisse ainsi être calibrée à une dizaine de microseconde près.
En cas de dépassement, le détecteur 3 transmet un signal au dispositif de commande 10 de la décharge du condensateur 4.
Le dispositif de commande 10 comprend avantageusement un optocoupleur 24 (par exemple du type MOC 3020) qui délivre en sortie, au travers d'une résistance 25 (par exemple de 22 Kilo ohms) une impulsion commandant la gachette 27 d'un triac 28 (par exemple de 8 Ampère /400 volts).
Le triac devient alors passant et libère toute l'énergie accumulée dans la capacité 4 vers le cicuit d'alimentation 5 par exemple au travers d'une self d'implusion 29.
Une diode 26 (par exemple de type lN4004) placée en amont de la gachette 27 du triac protègera alors celle~ci des surtensions dues à la self.
Entre le condensateur 4 et la self 29, le circuit passera de meme par une diode semblable 30 ~évitant l'oscillation entre la self et la capacité.
Par ailleurs le dispositif comprend un dispositif 31 de protection contre les surtens~ons (tel un parasurtension UC350Q) qui protège les composants et le circuit contre les élévations de tensions (dans cet exemple au delà de 350 volts).
Les composants et circuits représentés aux fi~ures ~ et 5 sont identiques, seules les diodes étant montées différemment 12 1~8~7~
pour tenir compte des orages positifs (figur~ 4) et n~gatifs (figure 5).
0~
Claims (22)
1. Procédé électronique de protection contre la foudre, consistant à:
- prévoir un condensateur dont un circuit de décharge est adapté à alimenter un matériel de protection contre la foudre, ledit condensateur étant relié à un organe de prise de potentiel adapté à capter une première tension Uc, - charger ledit condensateur avec ladite première tension Uc captée par ledit organe de prise de potentiel, ladite tension captée Uc demeurant dans une plage de tensions relativement basses dite plage inférieure Ub, - surveiller un gradient dv/dt de ladite tension captée Uc par rapport au temps, - suivre l'évolution dudit gradient dv/dt et dès que ledit gradient dv/dt s'élève au delà d'un seuil prédéterminé
et se situe dans une plage de tensions supérieure Uh, commander la décharge dudit circuit de décharge pour alimenter ledit matériel de protection contre la foudre.
- prévoir un condensateur dont un circuit de décharge est adapté à alimenter un matériel de protection contre la foudre, ledit condensateur étant relié à un organe de prise de potentiel adapté à capter une première tension Uc, - charger ledit condensateur avec ladite première tension Uc captée par ledit organe de prise de potentiel, ladite tension captée Uc demeurant dans une plage de tensions relativement basses dite plage inférieure Ub, - surveiller un gradient dv/dt de ladite tension captée Uc par rapport au temps, - suivre l'évolution dudit gradient dv/dt et dès que ledit gradient dv/dt s'élève au delà d'un seuil prédéterminé
et se situe dans une plage de tensions supérieure Uh, commander la décharge dudit circuit de décharge pour alimenter ledit matériel de protection contre la foudre.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on place ledit organe de prise de potentiel dans une zone où
l'ionisation de l'air est favorisée.
l'ionisation de l'air est favorisée.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on place ledit organe de prise de potentiel dans une zone avoisinant une pièce conductrice située à une hauteur prédéterminée du sol et reliée à la terre de manière à ce que, par effet de pointe, le champ atmosphérique soit, autour de la pointe, concentré et anticipe ainsi l'émission de charges électriques.
4. Procédé selon la revendication 1, ou 2, dans lequel ladite décharge dudit circuit de décharge du condensateur se manifeste sous la forme d'une décharge électrique à une pointe afin d'assurer par une émission intense de charges électriques une ionisation de l'air et l'anticipation de l'amorçage d'un effet corona.
5. Dispositif électronique pour la protection contre la foudre, comprenant:
- un moyen de nature à favoriser l'ionisation de l'air, ce moyen étant relié à la terre et créant autour de lui une concentration d'un champ atmosphérique, - un organe de prise de potentiel atmosphérique pour capter une tension Uc, - un condensateur relié audit organe de prise de potentiel adapté à être chargé de ladite tension Uc et à
l'emmagasiner tant que cette première tension Uc reste dans une plage de tensions relativement basses dite plage inférieure Ub, - une electrode de décharge, - un circuit de commande pour contrôler la décharge dudit condensateur à travers un circuit de décharge dans ladite électrode de décharge, - un détecteur relié audit circuit de commande pour surveiller et suivre l'évolution d'un gradient dv/dt de ladite tension Uc par rapport au temps, et lorsque ce gradient dv/dt dépasse un seuil prédéterminé et se situe dans une plage de tensions supérieure Uh, pour transmettre un signal audit circuit de commande déclenchant ainsi la décharge dudit condensateur.
- un moyen de nature à favoriser l'ionisation de l'air, ce moyen étant relié à la terre et créant autour de lui une concentration d'un champ atmosphérique, - un organe de prise de potentiel atmosphérique pour capter une tension Uc, - un condensateur relié audit organe de prise de potentiel adapté à être chargé de ladite tension Uc et à
l'emmagasiner tant que cette première tension Uc reste dans une plage de tensions relativement basses dite plage inférieure Ub, - une electrode de décharge, - un circuit de commande pour contrôler la décharge dudit condensateur à travers un circuit de décharge dans ladite électrode de décharge, - un détecteur relié audit circuit de commande pour surveiller et suivre l'évolution d'un gradient dv/dt de ladite tension Uc par rapport au temps, et lorsque ce gradient dv/dt dépasse un seuil prédéterminé et se situe dans une plage de tensions supérieure Uh, pour transmettre un signal audit circuit de commande déclenchant ainsi la décharge dudit condensateur.
6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel. ledit moyen de nature à favoriser l'ionisation de l'air est une pointe reliée à la terre.
7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel ledit organe de prise de potentiel est situé dans un champ atmosphérique régnant au voisinage dudit moyen de nature à favoriser l'ionisation de l'air.
8. Dispositif selon la revendication 5, comprenant un premier moyen placé entre ledit organe de prise de potentiel et ledit condensateur pour sélectionner les tensions de ladite plage inférieure Ub.
9. Dispositif selon la revendication 8, comprenant un deuxième moyen placé entre ledit organe de prise de potentiel et ledit détecteur pour sélectionner les tensions de la plage supérieure Uh.
10. Dispositif selon la revendication 5, comprenant un moyen placé entre ledit organe de prise de potentiel et ledit détecteur pour sélectionner les tensions de la plage supérieure Uh.
11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel ledit détecteur comprend un filtre passe haut constitué d'un circuit RC monté en dérivateur.
12. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel ledit détecteur comprend un filtre passe haut constitué d'un circuit RC monté en dérivateur.
13. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel ledit circuit de commande comprend un optocoupleur ayant une entrée reliée à une sortie dudit détecteur.
14. Dispositif selon la revendication 12 ou 13, dans lequel ledit circuit de commande, comprend un triac intercalé dans ledit circuit de décharge, ledit triac ayant une gachette reliée à une sortie dudit optocoupleur.
15. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel ledit circuit de commande comprend un optocoupleur ayant une entrée reliée à une sortie dudit détecteur.
16. Dispositif selon la revendication 15, dans lequel ledit circuit de commande, comprend un triac intercalé dans ledit circuit de décharge, ledit triac ayant une gachette reliée à une sortie dudit optocoupleur.
17. Dispositif selon la revendication 5, qui comprend deux circuits similaires dont l'un est adapté pour des orages dits négatifs et l'autre adapté pour des orages dits positifs.
18. Dispositif selon la revendication 5, qui comprend deux circuits similaires dont les composants sont dans l'un et l'autre calibrés avec des constantes de temps différentes pour permettre des déclenchements par étage.
19. Matériel de protection contre la foudre, comprenant:
- une tige terminée en forme de pointe et reliée à la terre, cette forme en pointe concentrant un champ et favorisant l'ionisation de l'air dans une zone de prise de potentiel, - un organe de prise de potentiel atmosphérique pour capter une tension Uc et des isolateurs pour isoler ledit organe de prise de potentiel de ladite pointe, - au moins une électrode d'étincelage disposée près de ladite pointe et fixée de manière isolée par rapport à
ladite pointe, - une carte avec un circuit, portant:
- un condensateur relié audit organe de prise de potentiel adapté à être chargé de ladite tension Uc et à
l'emmagasiner tant que cette première tension Uc reste dans une plage de tensions relativement basses dite plage inférieure Ub, - un circuit de commande pour controller la décharge dudit condensateur à travers un circuit de décharge dans ladite électrode de décharge, - un détecteur relié audit circuit de commande pour surveiller et suivre l'évolution d'un gradient dv/dt de ladite tension Uc par rapport au temps, et lorsque ce gradient dv/dt dépasse un seuil prédéterminé et se situe dans une plage de tensions supérieure Uh, pour transmettre un signal audit circuit de commande déclenchant ainsi la décharge dudit condensateur, - un moyen de protection pour ladite carte avec circuit.
- une tige terminée en forme de pointe et reliée à la terre, cette forme en pointe concentrant un champ et favorisant l'ionisation de l'air dans une zone de prise de potentiel, - un organe de prise de potentiel atmosphérique pour capter une tension Uc et des isolateurs pour isoler ledit organe de prise de potentiel de ladite pointe, - au moins une électrode d'étincelage disposée près de ladite pointe et fixée de manière isolée par rapport à
ladite pointe, - une carte avec un circuit, portant:
- un condensateur relié audit organe de prise de potentiel adapté à être chargé de ladite tension Uc et à
l'emmagasiner tant que cette première tension Uc reste dans une plage de tensions relativement basses dite plage inférieure Ub, - un circuit de commande pour controller la décharge dudit condensateur à travers un circuit de décharge dans ladite électrode de décharge, - un détecteur relié audit circuit de commande pour surveiller et suivre l'évolution d'un gradient dv/dt de ladite tension Uc par rapport au temps, et lorsque ce gradient dv/dt dépasse un seuil prédéterminé et se situe dans une plage de tensions supérieure Uh, pour transmettre un signal audit circuit de commande déclenchant ainsi la décharge dudit condensateur, - un moyen de protection pour ladite carte avec circuit.
20. Matériel de protection contre la foudre, selon la revendication 19, qui est un paratonnerre.
21. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel lesdits premier et deuxième moyens pour sélectionner les tensions des plages inférieure Ub et supé-rieure Uh sont des filtres.
22. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel ledit moyen pour sélectionner les tensions de la plage supérieure Uh est un filtre.
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